开关电源的波形分析

开关电源反激式线圈分析

• 实验组成部分
• 波形分析
• 小总结
• 占空比变化时的波形
• 占空比为20%的时候
• 占空比为30%的时候
• 占空比为30%的时候再接上次级线圈
• 正激模式的分析

通常开关电源的开关频率一般设计在40-100KHz的范围比较合适。

实验组成部分

12V电源和脉冲发生器以及以下组件构成的电路

高频变压器、UF4007快恢复二极管、550V/33uF电解电容、10K电阻和FQPF12N60C的N型MOSFET管。

将PWM脉冲发生器的频率调到60kHz,占空比为5%。示波器连接高频变压器的初级线圈可以看如下图所示的波形。

波形分析

第1段。曲线是PWM波高电平时间此时电压上升，这个时间段处于MOS管导通状态。初级线圈中有电流通过，变压器执行储能。

由于电感的基本特性作用，初级线圈上的电压从一个低到高的上升过程，导致电压的峰值稍高于电源电压。

第2段。对应于PWM信号的低电平开始时间，MOS管突然截止状态，初级线圈中电流没有了流动的通路。由于电感的基本特性。变压器内储存的磁能会妨碍电流的变化。电圈就产生了反向感应电动势。由于当前变压器没有接负载。磁芯储存的能量大部分转为电势能。

在5%的占空比下，反向感应电动势峰值已经达到负的39V超出12V的电压。

后续连续的震荡波形是 LC震荡。绕组与绕组之间存在有分布式电容，然而这样组成的线圈内部就会构成一个LC电路形成震荡。

由于振荡过程中能量的损耗，振荡的波幅不断变小最终恢复原来的状态。

下图区分PWM高低电平时间段

当PWM脉冲发生器调整占空比为30%的时候，初级线圈的波形信号如下图所示。

1.高电平时间段，MOS管导通，初级线圈流过的电流变化为储能器件的变压器电动势。

2.低电平时间段，变压器释放磁能产生反向感应电动势，当前的电压可达到惊人的 -292V。可以看出在没有DRC吸收电路的情况下，很容易烧毁MOS管。

3.后续就是LC震荡。

小总结

1)调节占空比可以控制变压器的输出功率。调低占空比就会减少注入磁芯的能量，产生的反向电动势也会相应的降低，变压器输出功率减小，LED灯变暗，但是占空比并不能无限制升高否则烧毁或不输出能量。

2)输入功率不能超出变压器最大储能否则变压器初级线圈会变成短路的导线。

3)通过波形可以看到反向感应电动势对占空比比较敏感，而线圈上正向电压对占空比不太敏感。

占空比变化时的波形

占空比为20%的时候

占空比为30%的时候

占空比为30%的时候再接上次级线圈

次级线圈的波形一样但幅值不一样。那是因为次级线圈的绕线匝数要低于初级线圈的绕线。

次级线圈是用反向感应电动势给负载提供电能，PWM信号占空比越大，变压器存储的能量越多，次级线圈释放的能量也就越多，两端的电源电压越高。次级线圈输出的电压可以超出电源电压(这就是典型的“反激”工作方式)

正激模式的分析

将二极管位置调整下

占空比从0开始调整我们会发现输出电压除了刚开始变化大一些，后面输出到负载上的电压变化并不大一直保持在5V左右的电压，原因是这个正激电路对PWM占空比并不敏感，其工作类似于普通电源变压器的耦合方式作用，正激方式输出的电压跟电源电压以及初级线圈和次级线圈匝数比关系比较大，这也是反激电路中不用整流桥的原因之一，如果使用整流桥会使电压调节更加困难。